[理学]《理论力学》运动篇_质点动力学_习题解.doc

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[理学]《理论力学》运动篇_质点动力学_习题解

第九章 质点动力学 习题解 2013.5/.28兰州 [习题9-1] 质量为的质点沿空间曲线运动,其运动方程为:,,。求时作用于该质点的力。 解: (1)求加速度 (2)求作用在质点上的力 力的大小: 力的方向角: 力的作用点: 即在F作用点在M(3,-5,-1)。 [习题9-2] 某质量为的质点在(F以N计)作用下运动,已知当时,,,,。试求该质点的运动方程。 解: 由可知: [习题9-3] 水管喷头从高处以的速度向外喷水,水管与水平线夹角为。求水能达到的最大高度及水平距离。 解:水珠的受力如图所示。 水珠达到最高点时,竖向速度为0。 水珠所能达到的最大高度为: 水珠着地时所经过的时间为: 水珠所能达到的最大水平距离为: [习题9-4] 通过光滑圆环C的绳索将物体A与B相连,已知,,物体A与水平面的摩擦因素,在图示瞬时,物体B具有朝右上方的速度。若在此时突然剪断墙与物体间的绳子,求该瞬时物体A的加速度 解: (1)求AB间绳子的拉力 以B为研究对象,其受力如图所示。 以A为研究对象,其受力如图所示。 (→) [习题9-5] 倾角为的楔形斜面以的加速度向右运动,质量为的小小球A用软绳维系置于斜面上,试求绳子的拉力及斜面的压力,并求当斜面的加速度达到多大时绳子的拉力为零? 解: (1)求绳子的拉力T及斜面的压力N 以小球为研究对象,其受力如图所示。 …………(1) …………(2) (1)代入(2)得: (2)求当斜面的加速度达到多大时绳子的拉力为零 …………(1) …………(2) (1)代入(2)得: 令T=0得: 故,当时,绳子的拉力为零。 [习题9-6] 水平转台以匀角加速度从静止开始绕轴转动,转台上与转轴距离为处放置一质量为的物块A,物块与转台间的摩擦因素为,求经过多少时间后,物块开始在转台上滑动。 解: 以物块A为研究对象(抽象为一质点),其受力如图所示。 (此时物块A发生径向滑动,即离心运动) 此方程不含时间,即:如果发生切向滑动,那么在任何时刻(包括)都可以发生滑动。这与初瞬时,物块A静止的条件自相矛盾。故物块A不会发生切向滑动。 综上所述,当时,物块A开始在转台上滑动(作径向滑动)。 [习题9-7] 小球重W,以两绳悬挂。若将绳AB突然剪断,求:(1)小球开始运动瞬时AC绳中的拉力;(2)小球A运动到铅垂位置时,AC绳中的拉力为多少? 解: (1)求小球开始运动瞬时AC绳中的拉力 以小球为研究对象(抽象为质点),其受力如图所示。 初瞬时,,故: (2)求小球A运动到铅垂位置时,AC绳中的拉力 小球运动到铅垂位置时,由上一步骤可知: 式中, 根据机械能守恒定理,有: 即: 故: 即: [习题9-8] 液压活塞系统位于水平面内,当滑块B位于图示位置时,液压活塞的推进速度为,,求为了能够实现这种运动而需要的为F(力F沿AB方向)。 解: AB杆作平面运动,有: B滑块作圆周运动,有: 故,有: [习题9-9] 筛粉机如图所示。已知曲柄OA以匀角速度转动,,石料与筛盘之间的摩擦因数为,为使碎石料在筛盘中来回运动,求曲柄OA的角速度至少应多大? 解: 以某一碎石为研究对象,其受力如图所示。筛粉机的运动分析如图所示。 上式在轴上的投影为: 即当时,取得极小值(为0,但不合题意)。此瞬时的运动分析如图所示。 上式在轴上的投影为: 故, 又,,故有: ,这是碎石产生滑动的最小角速度,即:,亦即: 。 [习题9-10] 质量为的销钉M在一有直槽的T形杆推动下,沿一圆弧槽运动,T形杆AB以匀速向右运动。试求在时,每个槽作用在销钉上的法向反力(不计摩擦)。 解: 动点M作复合运动,其运动分析如图所示。 上式在方向的投影为: 在方向上的投影为: 以销钉为研究对象,其受力如图所示。 因为销钉在水平方向上作均速运动,所以, [习题9-11] 小球A从光滑半圆柱的顶点无初速地下滑,求小球脱离半圆柱时的位置角。 解: 以小球为研究对象,其受力如图所示。 小球脱离半圆柱时,,故 根据机械能守恒定理,有: 故 [习题9-12] 直升机重W,它竖直上升的螺旋桨的牵引力为1.5W,空气阻力为,式中为常数,直升机上升的极限速度。 解: 直升机的受力如图所示。 ,故 当时, 即直升机所能达到的最大速度为 [习题9-13] 质量为的质点从静止状态开始作直线运动,作用于质点上的力F随时间按图示规律变化,、均为常数。求质点的运动方程。 解: 力与时间关系为: 质点运动方程: [习题9-14] 质量为的质点M自高度H以速度水平抛出,空气阻力为,其中为常数。求该质点的运动方程和轨迹。 解: 质点M的受力如图所示。 .第七章 点的合成运动习题解 [习题7-1] 汽车A以沿直线道路行驶,汽车B以

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